專(zhuān)利名稱(chēng)：多參數(shù)可測(cè)控高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封性能試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械密封可控性試驗(yàn)裝置，采用新結(jié)構(gòu)和高精度傳感器測(cè)量機(jī)械密封性能參數(shù)。屬于機(jī)械設(shè)計(jì)與過(guò)程自動(dòng)化控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自1885年機(jī)械密封發(fā)明以來(lái)，隨著密封理論和應(yīng)用研究的不斷深入，機(jī)械密封的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，從石油化工、核工業(yè)到航空航天領(lǐng)域；密封介質(zhì)從普通介質(zhì)(如水)到高溫高壓易燃易爆化學(xué)品，應(yīng)用場(chǎng)合也從水泵拓展到高速高壓的氣體壓縮機(jī)等。
關(guān)于密封機(jī)理的研究，德國(guó)的E.Mayer博士根據(jù)他多年的研究成果—普通機(jī)械密封一般處于邊界摩擦工況，解釋了在較大接觸壓力下，軟質(zhì)摩擦副無(wú)論在高粘度或低粘度介質(zhì)中以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)仍具有較長(zhǎng)使用壽命的原因。英國(guó)BHRA密封部主任B.S.Nau博士認(rèn)為，目前在實(shí)踐中應(yīng)用的密封大量處于流體動(dòng)力摩擦工況，并用此成果解釋了在相同工況參數(shù)下有些密封可以在較低的摩擦下運(yùn)轉(zhuǎn)的原因。然而，美國(guó)人A.O.Lebeck試驗(yàn)研究表明，在水潤(rùn)滑條件下的普通機(jī)械密封中并不能形成足夠的流體動(dòng)壓承載能力，認(rèn)為可能存在迄今為止其它未解釋過(guò)的平行滑動(dòng)潤(rùn)滑中的似流體動(dòng)壓承載機(jī)理，這使得機(jī)械密封機(jī)理的研究變得錯(cuò)蹤復(fù)雜?？梢?jiàn)，要形成一個(gè)完整的機(jī)械密封理論體系，還有待于充分的實(shí)踐論證。
工程應(yīng)用中，機(jī)械密封的設(shè)計(jì)參數(shù)很大程度上依賴(lài)于經(jīng)驗(yàn)，裝置中機(jī)械密封一般并不處于最佳工作狀態(tài)。對(duì)于結(jié)構(gòu)參數(shù)和工況一定的機(jī)械密封，其密封性能主要取決于密封面的端面比壓。密封環(huán)端面間比壓大，膜厚小，泄漏率小，磨損大，功耗大；反之，比壓小，膜厚大，泄漏率大，磨損小，功耗小。但目前對(duì)膜厚、端面摩擦扭矩等重要參數(shù)的精確測(cè)量都還處于探索階段。
從機(jī)械密封產(chǎn)品的檢測(cè)手段來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)廠家還都停留在外觀檢測(cè)和靜壓試驗(yàn)的水平上，只有少數(shù)企業(yè)具有運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)?zāi)芰?，產(chǎn)品質(zhì)量難以控制，也限制了國(guó)內(nèi)對(duì)高參數(shù)機(jī)械密封研究的進(jìn)展。
綜上所述，機(jī)械密封試驗(yàn)研究十分重要，研制功能完善、測(cè)試精度高的機(jī)械密封試驗(yàn)裝置不僅是機(jī)械密封理論和實(shí)驗(yàn)研究的迫切要求，也是機(jī)械密封產(chǎn)品檢驗(yàn)、檢測(cè)的要求。
目前，已有不少單位、學(xué)者開(kāi)展了機(jī)械密封試驗(yàn)裝置的研究。圖1為四川機(jī)械密封研究所研制的試驗(yàn)系統(tǒng)圖，密封腔結(jié)構(gòu)如圖2所示。
技術(shù)參數(shù)如表1所示。
表1四川密封技術(shù)研究所試驗(yàn)臺(tái)技術(shù)參數(shù)

該系統(tǒng)為單懸臂雙支點(diǎn)主軸結(jié)構(gòu)，兩套機(jī)械密封對(duì)稱(chēng)安裝，采用JCO型扭矩傳感器測(cè)量機(jī)械密封摩擦扭矩，采用電感式及電容式傳感器對(duì)磨損量進(jìn)行測(cè)量。
圖3為天津克蘭密封公司研制的高參數(shù)密封試驗(yàn)臺(tái)，主軸采用雙懸臂四支點(diǎn)結(jié)構(gòu)。技術(shù)參數(shù)如表2所示。
表2天津克蘭密封有限公司試驗(yàn)臺(tái)技術(shù)參數(shù)

圖4為四川省碳素制品質(zhì)檢站用于機(jī)械密封產(chǎn)品抽檢和試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置，其技術(shù)參數(shù)如表3所示。
表3四川省碳素制品質(zhì)檢站試驗(yàn)裝置技術(shù)參數(shù)


合肥通用所的“機(jī)械密封高參數(shù)性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)”共有5個(gè)試驗(yàn)臺(tái)，三種試驗(yàn)介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)，即清水介質(zhì)、油介質(zhì)、顆粒介質(zhì)試驗(yàn)系統(tǒng)，技術(shù)參數(shù)如表4所示。
表4合肥通用所密封試驗(yàn)臺(tái)技術(shù)參數(shù)

該系統(tǒng)為單懸臂或雙懸臂主軸結(jié)構(gòu)，兩套機(jī)械密封對(duì)稱(chēng)安裝，采用JC型扭矩傳感器測(cè)量機(jī)械密封的功耗，感量為0.1g的電子天平測(cè)量泄漏量，計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及處理。
美國(guó)Sealol公司J.A.Hilaris研制的“計(jì)算機(jī)化的密封試驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)”，采用計(jì)算機(jī)對(duì)密封介質(zhì)的溫度、壓力、端面摩擦扭矩、功耗、泄漏率進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)如表5所示。
表5美國(guó)Sealol公司密封試驗(yàn)臺(tái)技術(shù)參數(shù)

日本Eagle工業(yè)公司在機(jī)械密封工況監(jiān)測(cè)試驗(yàn)研究過(guò)程中建立了一套機(jī)械密封試驗(yàn)裝置，該裝置除了具有一般密封參數(shù)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理功能外，最大的特點(diǎn)是在靜環(huán)后安裝了一只扭矩傳感器，即在石墨靜環(huán)外表面孔中插入一支銷(xiāo)釘來(lái)推動(dòng)懸臂，其彎曲應(yīng)變用貼在對(duì)面的應(yīng)變片來(lái)監(jiān)測(cè)。
其他還有不少試驗(yàn)臺(tái)，結(jié)構(gòu)與上面所述相似。一般都采用單懸臂或雙懸臂主軸結(jié)構(gòu)，兩套機(jī)械密封對(duì)稱(chēng)安裝?；蛑苯硬捎秒x心泵殼作為機(jī)械密封試驗(yàn)裝置，實(shí)用性較強(qiáng)，但由于結(jié)構(gòu)空間的限制，所測(cè)試的密封件尺寸單一，且測(cè)量、調(diào)整試驗(yàn)參數(shù)比較困難，一般只適合于固定產(chǎn)品的出廠檢驗(yàn)。
采用雙懸臂兩套機(jī)械密封對(duì)稱(chēng)安裝結(jié)構(gòu)，據(jù)稱(chēng)是為了平衡軸向力，但實(shí)際上因端面比壓產(chǎn)生的軸向力并不大，影響不到一般滾動(dòng)軸承的工作特性。這種設(shè)計(jì)不但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且由于兩套摩擦副、兩個(gè)主要泄漏點(diǎn)，使機(jī)械密封泄漏量及摩擦扭矩的測(cè)量精度受到影響。
在機(jī)泵與電機(jī)間串聯(lián)扭矩傳感器用以測(cè)量機(jī)械密封端面摩擦扭矩，由于機(jī)泵軸承運(yùn)轉(zhuǎn)扭矩的存在且在軸向力波動(dòng)情況下這一扭矩值不確定，使得測(cè)量精度很難保證。
日本Eagle工業(yè)公司在靜環(huán)后安裝扭矩傳感器避免了軸承扭矩的影響。但為了防止流體泄漏，在密封靜環(huán)和扭矩傳感器之間安裝了一只O形圈。扭矩傳感器測(cè)得的扭矩包括動(dòng)靜環(huán)端面摩擦扭矩和O形圈對(duì)靜環(huán)座的阻力矩。由于O形圈在不同壓力下對(duì)靜環(huán)座的阻力矩的不同，且在運(yùn)行過(guò)程中因端面比壓不易測(cè)定而難以描述，而使得扭矩測(cè)量精度大受影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)機(jī)械密封試驗(yàn)裝置測(cè)量參數(shù)多結(jié)構(gòu)復(fù)雜、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單測(cè)量參數(shù)少，端面摩擦扭矩測(cè)量困難等問(wèn)題，提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)控參數(shù)多，包括端面摩擦扭矩測(cè)量精確的高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封試驗(yàn)裝置。
本發(fā)明是采取以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的多參數(shù)可測(cè)控高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封性能試驗(yàn)裝置包括(1)密封系統(tǒng)；(2)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；(3)端面比壓加載及伺服反饋系統(tǒng)；(4)端面摩擦扭矩和端面比壓測(cè)量系統(tǒng)；(5)膜厚測(cè)量系統(tǒng)；(6)泄漏測(cè)量系統(tǒng)；(7)靜環(huán)溫度測(cè)量系統(tǒng)；(8)介質(zhì)溫度及壓力測(cè)量系統(tǒng)；(9)試驗(yàn)介質(zhì)加壓及循環(huán)系統(tǒng)；(10)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。密封系統(tǒng)的密封腔置于端面比壓加載及伺服反饋系統(tǒng)的單坐標(biāo)導(dǎo)軌平臺(tái)上；單坐標(biāo)導(dǎo)軌平臺(tái)的軸向移動(dòng)可以改變密封系統(tǒng)中被測(cè)機(jī)械密封的端面比壓。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中電機(jī)利用動(dòng)力輸入軸將動(dòng)力傳遞給密封腔中被測(cè)機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)座，動(dòng)環(huán)座帶動(dòng)動(dòng)環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。由于摩擦力的作用，動(dòng)環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)靜環(huán)發(fā)生扭轉(zhuǎn)，引起端面摩擦扭矩和端面比壓測(cè)量系統(tǒng)中導(dǎo)向筒的軸向移動(dòng)和周向扭轉(zhuǎn)，導(dǎo)向筒的軸向移動(dòng)和周向扭轉(zhuǎn)量由數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)中的傳感器測(cè)得。膜厚測(cè)量系統(tǒng)中的膜厚測(cè)量傳感器置于密封系統(tǒng)的靜環(huán)托環(huán)上，測(cè)量信號(hào)送數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)處理。密封系統(tǒng)中動(dòng)、靜環(huán)之間的泄漏量通過(guò)導(dǎo)向筒內(nèi)壁流入到泄漏測(cè)量系統(tǒng)的導(dǎo)流管中，由導(dǎo)流管將泄漏介質(zhì)送入置于稱(chēng)重傳感器的量杯中，稱(chēng)重傳感器獲得的信號(hào)送數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)處理。靜環(huán)溫度測(cè)量系統(tǒng)中溫度傳感器埋于密封系統(tǒng)的靜環(huán)中，感受到的動(dòng)、靜環(huán)溫度信號(hào)送數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)處理。介質(zhì)溫度及壓力測(cè)量系統(tǒng)中的傳感器置于密封系統(tǒng)的密封腔體上，感受到的介質(zhì)溫度和壓力信號(hào)送數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)處理。試驗(yàn)介質(zhì)加壓及循環(huán)系統(tǒng)與密封系統(tǒng)的密封腔構(gòu)成一閉循環(huán)，以保證密封腔中被測(cè)機(jī)械密封工況的穩(wěn)定。
前述的多參數(shù)可測(cè)控高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封性能試驗(yàn)裝置，其特征在于其中所述的密封系統(tǒng)包括密封腔、機(jī)械密封件和動(dòng)力輸入軸。機(jī)械密封和密封腔之間充滿被密封介質(zhì)，動(dòng)力輸入軸和密封腔體之間的密封采用被測(cè)機(jī)械密封件來(lái)保證。機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)及動(dòng)環(huán)座連接在動(dòng)力輸入軸的軸端，軸端加工有臺(tái)階和對(duì)稱(chēng)的圓弧形凹槽，與動(dòng)環(huán)座上凸緣相連。動(dòng)環(huán)和動(dòng)環(huán)座采用卡槽連接，動(dòng)環(huán)和動(dòng)力輸入軸之間采用O形圈密封。靜環(huán)端面與動(dòng)環(huán)接觸，背面焊接有波紋管，波紋管另一端焊接有靜環(huán)座，靜環(huán)座通過(guò)與密封腔相連的壓蓋來(lái)調(diào)節(jié)，以改變其密封腔中所處的位置，同時(shí)改變波紋管的壓縮量，實(shí)現(xiàn)動(dòng)、靜環(huán)之間的端面比壓變化。動(dòng)環(huán)座與壓蓋之間采用O形圈密封。
前述的多參數(shù)可測(cè)控高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封性能試驗(yàn)裝置，其特征在于其中所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由高速電機(jī)和油霧潤(rùn)滑系統(tǒng)、變頻調(diào)速器、動(dòng)力輸入軸組成。(一)使用的4SD18-4A型高速電機(jī)最大轉(zhuǎn)速為18,000r/min，能達(dá)到高速機(jī)械密封試驗(yàn)的轉(zhuǎn)速要求，所述的高速電機(jī)還包括水冷卻系統(tǒng)和油霧潤(rùn)滑系統(tǒng)。水冷卻系統(tǒng)由進(jìn)口、出口管路，水泵和進(jìn)出口閥組成；油霧潤(rùn)滑系統(tǒng)由高壓氣源、減壓閥、油過(guò)濾器、油霧化器、冷凝器和油分離器組成。(二)高速電機(jī)的轉(zhuǎn)速由變頻調(diào)速器控制，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。(三)動(dòng)力輸入軸為長(zhǎng)度短、直徑小的高速軸，與高速電機(jī)通過(guò)螺紋連接，另一端安裝機(jī)械密封動(dòng)環(huán)。
前述的多參數(shù)可測(cè)控高速機(jī)械密封性能試驗(yàn)裝置，其特征在于其中所述的端面比壓加載及伺服反饋系統(tǒng)，通過(guò)大拖板移動(dòng)可以粗略調(diào)節(jié)機(jī)械密封端面比壓，工作過(guò)程中大拖板固定后，伺服電機(jī)可根據(jù)指令促使L形支座及其支承的密封系統(tǒng)沿著DZH-200型精密單坐標(biāo)工作臺(tái)作軸向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)連接靜環(huán)座與靜環(huán)的彈性元件壓縮或回彈，從而改變施加在靜環(huán)上的軸向壓力，最終達(dá)到調(diào)節(jié)端面比壓之目的。所述的端面比壓加載及伺服反饋系統(tǒng)包括1FK7伺服電機(jī)、DZH-200型精密單坐標(biāo)工作臺(tái)、L形支座、及其支承的密封系統(tǒng)。所述的伺服電機(jī)可驅(qū)動(dòng)精密單坐標(biāo)工作臺(tái)的滾珠絲杠，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)臺(tái)面的軸向移動(dòng)，其精度高達(dá)0.025mm。伺服電機(jī)與單坐標(biāo)工作臺(tái)采用滾珠絲杠聯(lián)接，L形支座的水平部分固定于單坐標(biāo)工作臺(tái)的臺(tái)面上。L形支座的鉛直邊上開(kāi)設(shè)中心圓通孔，靜環(huán)座壓蓋安裝在圓孔中，靜環(huán)座壓蓋與L形支座鉛直邊上的中心圓通孔之間用O型密封圈密封。靜環(huán)座和靜環(huán)座壓蓋采用螺紋連接，O型圈密封。靜環(huán)座和靜環(huán)由彈性元件連接。彈性元件有兩種方案，一為金屬波紋管，一為大彈簧和聚四氟乙烯波紋管組合。工作過(guò)程中，當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)出指令至伺服電機(jī)，伺服電機(jī)牽動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠上的滑塊牽動(dòng)工作臺(tái)面運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)L形支座、靜環(huán)座壓蓋、靜環(huán)座一起移動(dòng)。由于動(dòng)環(huán)不發(fā)生軸向位移，而且動(dòng)環(huán)和靜環(huán)端面壓緊后，靜環(huán)也不發(fā)生宏觀的軸向位移。因此，當(dāng)靜環(huán)座壓蓋隨L形支座繼續(xù)移動(dòng)，則靜環(huán)與靜環(huán)座之間的彈性元件繼續(xù)壓縮或回彈，施加在靜環(huán)上的壓力也隨之改變，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)端面比壓的控制。
上述的L形支座的特征在于，依靠“—”部分的底面與“|”部分的水平通孔的軸線的平行度保證壓蓋中心線與臺(tái)面運(yùn)動(dòng)方向的平行度，從而保證靜環(huán)端面與臺(tái)面運(yùn)動(dòng)方向的垂直度，保證端面比壓均勻施加于動(dòng)環(huán)端面上。此設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，提高了安裝精度。
前述的多參數(shù)可測(cè)控高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封性能試驗(yàn)裝置，其特征在于其中所述的扭矩和端面比壓測(cè)量系統(tǒng)包括靜環(huán)座、導(dǎo)向筒、角位移傳動(dòng)扇形齒片、NSRB型角位移傳感器及小齒輪、NS-WY01型直線位移傳感器；導(dǎo)向筒一端與靜環(huán)托環(huán)內(nèi)孔螺紋緊密連接，導(dǎo)向筒的另一端活套在靜環(huán)座壓蓋內(nèi)孔中并通過(guò)軸套伸出到密封腔外部。通過(guò)測(cè)量導(dǎo)向筒伸出密封腔外部長(zhǎng)度的變化，可以測(cè)量機(jī)械密封在工作前后彈性元件壓縮量的變化，從而測(cè)量出彈簧比壓的變化。工作過(guò)程中，由于動(dòng)靜環(huán)之間摩擦力矩的作用，靜環(huán)跟隨彈性元件發(fā)生扭轉(zhuǎn)，導(dǎo)致導(dǎo)向筒發(fā)生偏移。所述的位移傳動(dòng)扇形齒片固定在導(dǎo)向筒的伸出端，它能反映靜環(huán)的角位移和軸向位移。扇形齒片通過(guò)小齒輪將角位移傳遞給角位移傳感器。扇形齒片為窄齒，小齒輪為寬齒，其寬度大于等于靜環(huán)座彈性元件的允許壓縮量。扇形齒片與小齒輪配合時(shí)可在軸向自由滑動(dòng)，即小齒輪不影響扇形齒片的軸向位移。測(cè)量扇形齒片的軸向位移時(shí)，直線位移傳感器的自由伸縮端壓至滿量程的長(zhǎng)度，然后其頂尖部分抵壓在扇形齒片上并固定。扇形齒片上與直線位移傳感器的自由伸縮端接觸的部位粗糙度很小，即直線位移傳感器不影響扇形齒片的轉(zhuǎn)動(dòng)，不影響角位移的測(cè)量。所述的扇形齒片的特征在于同時(shí)將導(dǎo)向筒的軸向和周向位移無(wú)損失的轉(zhuǎn)遞到變送器。
上述的角位移的測(cè)量目的是獲得機(jī)械密封動(dòng)環(huán)和靜環(huán)端面的摩擦扭矩。動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，密封端面間可能為流體摩擦、固體摩擦或流固混合摩擦，不同摩擦狀態(tài)對(duì)應(yīng)的摩擦扭矩也不同，摩擦扭矩是反映端面潤(rùn)滑狀態(tài)的重要參數(shù)。傳統(tǒng)的測(cè)量方法是在傳動(dòng)軸和電機(jī)之間串聯(lián)一個(gè)扭矩傳感器，用扭矩傳感器測(cè)量端面摩擦扭矩。但所測(cè)之值不僅包括端面間的摩擦扭矩，還包括支承傳動(dòng)軸的軸承所產(chǎn)生的附加扭矩，而后者的確定較為困難，因此，傳統(tǒng)測(cè)量方法存在較大弊端。本發(fā)明采用的測(cè)量方法可以使靜環(huán)的角位移無(wú)損失地傳遞給導(dǎo)向筒，至扇形齒片，至小齒輪，再至角位移傳感器，避免了附加扭矩對(duì)測(cè)量值的干擾。該方法所測(cè)之角位移誤差存在于扇形齒片和小齒輪之間的傳動(dòng)誤差和角位移傳感器本身的測(cè)量誤差。為減小誤差，扇形齒片和小齒輪均為模數(shù)為0.5的齒輪，傳動(dòng)比為1∶4，兩項(xiàng)措施可有效提高測(cè)量精度。所用之角位移傳感器安裝于L形支座“|”部分的頂部。
上述的軸向位移的測(cè)量目的是獲得機(jī)械密封動(dòng)環(huán)和靜環(huán)端面間的壓力。其特征在于依靠測(cè)量扇形齒片相對(duì)于L形支座的軸向位移量來(lái)確定靜環(huán)座中彈性元件的壓縮量，從而獲得端面的壓緊力。測(cè)量原理為所用直線位移傳感器安裝于L形支座“|”部分的頂部，其軸線垂直于扇形齒片，而扇形齒片又垂直于主軸線，保證了傳感器所測(cè)值為導(dǎo)向筒與L形支座的相對(duì)位移。當(dāng)動(dòng)環(huán)和靜環(huán)端面緊密貼合時(shí)，單坐標(biāo)工作臺(tái)移動(dòng)，L形支座和靜環(huán)座壓蓋也隨之移動(dòng)，而靜環(huán)不發(fā)生宏觀位移，導(dǎo)向筒不發(fā)生軸向位移，因而彈性元件的壓縮量即為導(dǎo)向筒與L形支座的相對(duì)位移，直線位移傳感器所測(cè)值即為此相對(duì)位移量。
前述的扭矩和端面比壓測(cè)量原理的特征還在于，靜環(huán)與靜環(huán)座間的彈性元件的壓縮量(直線位移)與對(duì)應(yīng)的壓力，扭轉(zhuǎn)量(角位移)與對(duì)應(yīng)的扭矩之間的關(guān)系需預(yù)先標(biāo)定。在已知這兩種關(guān)系的基礎(chǔ)上，可將角位移和直線位移的測(cè)量值轉(zhuǎn)化為端面間的摩擦扭矩和端面比壓。
前述的多參數(shù)可測(cè)控高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封性能試驗(yàn)裝置，其特征在于其中所述的膜厚測(cè)量系統(tǒng)包括DO型電渦流傳感器及支座、動(dòng)環(huán)和靜環(huán)。電渦流傳感器靈敏度高，能在惡劣工作條件下長(zhǎng)期工作。所述的膜厚測(cè)量系統(tǒng)的特征在于電渦流傳感器安裝在靜環(huán)托環(huán)的外邊沿，工作條件下它在軸向方向的運(yùn)動(dòng)和靜環(huán)端面保持一致。動(dòng)環(huán)設(shè)計(jì)成帶有寬邊凸緣，電渦流傳感器安裝在靜環(huán)托環(huán)的凸緣上，其感應(yīng)端正對(duì)動(dòng)環(huán)邊緣。當(dāng)動(dòng)環(huán)和靜環(huán)端面膜厚發(fā)生變化時(shí)，靜環(huán)沿軸向發(fā)生一定的微觀位移，引起電渦流傳感器向遠(yuǎn)離或靠近動(dòng)環(huán)凸緣發(fā)生微觀軸向位移，該位移即為膜厚的變化量，可被電渦流傳感器測(cè)得。膜厚的變化是反映動(dòng)環(huán)和靜環(huán)端面間潤(rùn)滑狀況變化的重要參數(shù)，電渦流傳感器對(duì)該參數(shù)的測(cè)量精度較高。
前述的多參數(shù)可測(cè)控高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封性能試驗(yàn)裝置，其特征在于其中所述的測(cè)漏系統(tǒng)由導(dǎo)向筒、導(dǎo)向筒端蓋、引流管、量杯和NS-TH1型稱(chēng)重傳感器組成。泄漏介質(zhì)從動(dòng)環(huán)和靜環(huán)端面間流出，經(jīng)光滑的導(dǎo)向筒內(nèi)壁流向?qū)蛲捕松w，介質(zhì)在導(dǎo)向筒端蓋處匯聚，沿引流管流入量杯。量杯置于稱(chēng)重傳感器之上。其特征在于光滑的導(dǎo)向筒內(nèi)壁不但起到導(dǎo)流的作用，還起到冷卻作用，可減少泄漏介質(zhì)因汽化而造成的損失。所用稱(chēng)重傳感器能獲得泄漏介質(zhì)的凈質(zhì)量，計(jì)算其與泄漏時(shí)間的關(guān)系，即可得泄漏率。
前述的多參數(shù)可測(cè)控高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封性能試驗(yàn)裝置，其特征在于其中所述的端面溫度測(cè)量系統(tǒng)由CRZ-1632-Ni型薄膜鉑電阻測(cè)溫元件和靜環(huán)組成；靜環(huán)周向均布3個(gè)φ3的盲孔，盲孔底面距離動(dòng)、靜環(huán)摩擦面2～3mm，采用絕緣膠將鉑電阻埋入盲孔中，鉑電阻信號(hào)線沿導(dǎo)向筒內(nèi)壁引出。利用所述的薄膜鉑電阻測(cè)溫元件體積小的優(yōu)點(diǎn)，所測(cè)溫度值為密封端面溫度。
前述的多參數(shù)可測(cè)控高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封性能試驗(yàn)裝置，其特征在于其中所述的介質(zhì)溫度及壓力測(cè)量系統(tǒng)由NS-G型中溫壓力傳感器、STTT-T型溫度傳感器和壓力表組成。壓力傳感器和溫度傳感器均安裝在密封腔體上，測(cè)壓元件和測(cè)溫元件與介質(zhì)接觸，測(cè)量信號(hào)送測(cè)量變送器。壓力表直接安裝在密封腔體上。壓力傳感器和溫度傳感器均與介質(zhì)接觸，保證了測(cè)量值的精確度。
前述的多參數(shù)可測(cè)控高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封性能試驗(yàn)裝置，其特征在于其中所述的試驗(yàn)介質(zhì)加壓及循環(huán)系統(tǒng)包括介質(zhì)進(jìn)口管路、出口管路、進(jìn)口閥門(mén)、出口閥門(mén)、排空閥、穩(wěn)壓罐、氮?dú)馄?、減壓閥、循環(huán)泵、冷卻器。循環(huán)泵將穩(wěn)壓罐中的介質(zhì)抽出，經(jīng)過(guò)濾器、進(jìn)口閥送入密封腔；密封腔中的介質(zhì)經(jīng)出口閥門(mén)，流入疑器器，冷卻后流入穩(wěn)壓罐，再?gòu)姆€(wěn)壓罐中被循環(huán)泵抽出。穩(wěn)壓罐中介質(zhì)壓力是氮?dú)馄恐械牡獨(dú)饨?jīng)由減壓閥減壓至規(guī)定壓力加載于穩(wěn)壓罐中介質(zhì)上面而產(chǎn)生的。排空閥安裝在密封腔體的最高處，打開(kāi)時(shí)可以排出腔體中的氣體。試驗(yàn)介質(zhì)加壓及循環(huán)系統(tǒng)用于保證密封腔內(nèi)介質(zhì)的壓力和溫度恒定。
前述的多參數(shù)可測(cè)控高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封性能試驗(yàn)裝置，其特征在于其中所述的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)包括PLC控制系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、工控機(jī)和電氣柜。傳感器將采集到的信號(hào)送入PLC控制系統(tǒng)中的模擬輸入模塊，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入PLC控制系統(tǒng)的CPU，再由PLC控制系統(tǒng)的CPU送入工控機(jī)顯示；通過(guò)工控機(jī)可以下達(dá)工作指令給PLC控制系統(tǒng)的CPU，經(jīng)由定位模塊激活伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作，調(diào)節(jié)機(jī)械密封端面比壓。電氣柜是用以提供PLC控制系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、工控機(jī)電壓的。機(jī)械密封試驗(yàn)裝置控制量多為模擬量，計(jì)算工作量較大，其控制系統(tǒng)為實(shí)時(shí)系統(tǒng)，且控制系統(tǒng)本身能以較快的響應(yīng)速度跟蹤被控參數(shù)。
多參數(shù)可測(cè)控高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封性能試驗(yàn)裝置還具有以下特征(1)密封腔體底部加裝4個(gè)小軸承作滾輪用，其前后移動(dòng)便捷，且密封腔體沒(méi)有安裝精度要求。(2)使用厚重的車(chē)床底座作為試驗(yàn)裝置的底座，可有效降低電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和其他形式的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)給參數(shù)測(cè)量帶來(lái)的誤差。
本發(fā)明在“多參數(shù)可測(cè)控高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封性能試驗(yàn)裝置”上，成功設(shè)計(jì)了機(jī)械密封動(dòng)環(huán)傳動(dòng)系統(tǒng)、端面比壓施加系統(tǒng)、端面扭矩測(cè)量系統(tǒng)、膜厚測(cè)量系統(tǒng)、泄漏測(cè)量系統(tǒng)、介質(zhì)壓力和溫度測(cè)量系統(tǒng)、介質(zhì)加載與循環(huán)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械密封試驗(yàn)的多參數(shù)測(cè)量與控制。它具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。采用單懸臂雙支點(diǎn)主軸結(jié)構(gòu)，被測(cè)單端面機(jī)械密封用于密封腔與動(dòng)力輸入軸之間的密封。動(dòng)、靜環(huán)之間的端面比壓，一方面可以保證動(dòng)、靜環(huán)之間的密封；另一方面，減小了軸承在軸向方向的受力。同時(shí)，懸臂的動(dòng)力輸入軸，在端部所裝動(dòng)環(huán)，靜環(huán)以及彈性元件的支承下，相當(dāng)于加設(shè)了一個(gè)軟支點(diǎn)，改善了懸臂軸的受力狀態(tài)。
(2)多參數(shù)在線數(shù)字化測(cè)量與分析。本裝置在線測(cè)量的參數(shù)有密封腔內(nèi)的介質(zhì)溫度和壓力、端面摩擦扭矩、端面間膜厚、靜環(huán)溫度、泄漏量(率)、彈簧比壓、動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)速。通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)處理，可在計(jì)算機(jī)屏幕在顯示被測(cè)參數(shù)和各參數(shù)之間的關(guān)系。
(3)實(shí)現(xiàn)了端面摩擦扭矩的精確測(cè)量。將靜環(huán)和靜環(huán)座用彈性元件連接，利用機(jī)械密封運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中靜環(huán)扭轉(zhuǎn)角度的變化，可精確測(cè)量出機(jī)械密封動(dòng)、靜環(huán)之間的摩擦扭矩，省去了因連接帶來(lái)的誤差。
(4)完備的考查機(jī)械密封產(chǎn)品長(zhǎng)壽命運(yùn)行參數(shù)的能力。本裝置能跟蹤泄漏率、端面摩擦扭矩，并根據(jù)跟蹤策略作出響應(yīng)，調(diào)整端面比壓，使機(jī)械密封處于端面摩擦扭矩小、泄漏率不超標(biāo)的工況下運(yùn)行。所選的傳感器、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)精度高，穩(wěn)定性好，能適應(yīng)機(jī)械密封長(zhǎng)周期試驗(yàn)的要求。
(5)應(yīng)用范圍廣。通過(guò)更換動(dòng)力輸入軸，可對(duì)不同直徑普通泵用平行端面和流體動(dòng)壓式等類(lèi)型機(jī)械密封，在水、油等不易揮發(fā)介質(zhì)，高、中、低不同轉(zhuǎn)速條件下進(jìn)行試驗(yàn)研究。


圖1四川密封技術(shù)研究所試驗(yàn)系統(tǒng)其中1-(1)水池；1-(2)水泵；1-(3)閘閥；1-(4、14)壓力表；1-(5、13)溫度表；1-(6)操作臺(tái)；1-(7、8)控制柜；1-(9)電機(jī)；1-(10)聯(lián)軸節(jié)；1-(11)軸承體；1-(12)密封腔體；1-(15、17)截止閥；1-(16)水管；圖2四川密封技術(shù)研究所試驗(yàn)裝置密封腔結(jié)構(gòu)其中2-(1、6)端蓋；2-(2)密封腔體；2-(3)防轉(zhuǎn)銷(xiāo)；2-(4)軸；2-(5)密封圈；2-(7)軸封；2-(8)動(dòng)環(huán)座；2-(9)波紋管；2-(10、16)連接螺栓；2-(11)動(dòng)環(huán)；2-(12)靜環(huán)；2-(13)墊片；2-(14、15)調(diào)節(jié)墊板；圖3天津克蘭密封有限公司密封試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)其中3-(1)皮帶；3-(2)帶輪；3-(3)輸入軸；3-(4)齒輪箱；3-(5、18)小斜齒輪；3-(6、16)大斜齒輪；3-(7、17、19)止推盤(pán)；3-(8)中軸；3-(9)測(cè)速電機(jī)；3-(10、24)流體腔蓋；3-(11)高速軸；3-(12、23)雙端面密封；3-(13、22)密封試驗(yàn)器腔；3-(14、21)軸承密封；3-(15、20)動(dòng)力軸承；3-(25)固定徑向止推球軸承；圖4四川省碳素制品質(zhì)檢站試驗(yàn)裝置其中4-(1)集水罩；4-(2)密封腔體；4-(3)進(jìn)水孔；4-(4)軸承座；4-(5)聯(lián)軸節(jié)；4-(6)電動(dòng)機(jī)；4-(7)壓力表；4-(8)表座；圖5為本發(fā)明“多參數(shù)可測(cè)控高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封性能試驗(yàn)裝置”的試驗(yàn)機(jī)總設(shè)計(jì)方案其中5-(1)電機(jī)支座；5-(2)試驗(yàn)裝置底座；5-(3)單坐標(biāo)導(dǎo)軌底座；5-(4)單坐標(biāo)導(dǎo)軌；5-(5)伺服電機(jī)；5-(6)活動(dòng)托架；5-(7)密封腔端蓋；5-(8)動(dòng)環(huán)；5-(9)靜環(huán)；5-(10)密封腔體；5-(11)L形支座；5-(12)靜環(huán)座壓蓋；5-(13)測(cè)量導(dǎo)向筒；5-(14)測(cè)量測(cè)量導(dǎo)向筒端蓋；5-(15)動(dòng)力輸入軸；5-(16)高速電機(jī)；圖6為本發(fā)明的密封系統(tǒng)；其中6-(1)端蓋連接螺栓；6-(2)密封腔端蓋；6-(3)O形密封圈；6-(4)密封腔體；6-(5)動(dòng)力輸入軸；6-(6)動(dòng)環(huán)；6-(7)靜環(huán)；6-(8)測(cè)量導(dǎo)向筒；6-(9)O形密封圈；6-(10)密封腔與L形支座連接螺栓；6-(11)動(dòng)環(huán)座壓蓋；6-(12)O形密封圈；6-(13)動(dòng)環(huán)座壓蓋與L形支座連接螺栓；6-(14)L形支座；6-(15)單坐標(biāo)工作臺(tái)臺(tái)面；圖7為本發(fā)明驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)示意圖；7-(1)動(dòng)環(huán)；7-(2)動(dòng)力輸入軸；7-(3)變頻器；7-(4)高速電機(jī)；7-(5)水冷卻系統(tǒng)；7-(6)油霧潤(rùn)滑系統(tǒng)；圖8為本發(fā)明端面比壓加載系統(tǒng)示意圖；8-(1)伺服電機(jī)；8-(2)單坐標(biāo)工作臺(tái)；8-(3)滾珠絲杠；8-(4)動(dòng)環(huán)；8-(5)靜環(huán)；8-(6)靜環(huán)托環(huán)；8-(7)波紋管；8-(8)靜環(huán)座；8-(9)靜環(huán)座壓蓋；8-(10)動(dòng)力輸入軸；8-(11)L形支座；8-(12)工作臺(tái)臺(tái)面；圖9-A為本發(fā)明端面比壓和扭矩測(cè)量系統(tǒng)主視圖圖9-B為本發(fā)明端面比壓和扭矩測(cè)量系統(tǒng)俯視圖其中9-(1)動(dòng)環(huán)；9-(2)靜環(huán)；9-(3)靜環(huán)托環(huán)；9-(4)測(cè)量導(dǎo)向筒；9-(5)波紋管；9-(6)靜環(huán)座；9-(7)L形支座；9-(8)角位移傳感器；9-(9)小齒輪；9-(10)扇形齒片；9-(11)靜環(huán)座壓蓋；9-(12)壓緊螺母；9-(13)導(dǎo)向筒端蓋；9-(14)直線位移傳感器；
圖10為本發(fā)明膜厚測(cè)量系統(tǒng)示意圖10-(1)動(dòng)力輸入軸；10-(2)動(dòng)環(huán)；10-(3)動(dòng)環(huán)凸緣；10-(4)靜環(huán)；10-(5)靜環(huán)托環(huán)；10-(6)電渦流傳感器；10-(7)波紋管；10-(8)測(cè)量導(dǎo)向筒；10-(9)靜環(huán)座；圖11為本發(fā)明泄漏測(cè)量系統(tǒng)示意圖11-(1)密封腔；11-(2)動(dòng)環(huán)；11-(3)靜環(huán)；11-(4)測(cè)量導(dǎo)向筒；11-(5)測(cè)量導(dǎo)向筒端蓋；11-(6)引流管；11-(7)量杯；11-(8)稱(chēng)重傳感器；圖12為本發(fā)明靜環(huán)溫度測(cè)量系統(tǒng)示意圖12-(1)靜環(huán)；12-(2)薄膜鉑電阻溫度傳感器；12-(3)靜環(huán)托環(huán)；12-(4)測(cè)量導(dǎo)向筒；12-(5)導(dǎo)線；圖13為本發(fā)明控制系統(tǒng)硬件原理示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖5-13所示，為本發(fā)明“多參數(shù)可測(cè)控高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封性能試驗(yàn)裝置”的具體實(shí)施方案。所用傳感器參數(shù)見(jiàn)表6，控制系統(tǒng)所用元件參照?qǐng)D12。
表6多參數(shù)可測(cè)控高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封性能試驗(yàn)裝置用傳感器

1傳動(dòng)設(shè)計(jì)機(jī)械密封的密封性能在于能保證動(dòng)力輸入軸穿入密閉腔體時(shí)只產(chǎn)生很少或者不產(chǎn)生腔體內(nèi)介質(zhì)的泄漏，其動(dòng)環(huán)固定在轉(zhuǎn)軸上隨動(dòng)環(huán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，靜環(huán)固定在容器壁面上，動(dòng)環(huán)和靜環(huán)依靠端面的緊密貼合實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)的密封。本發(fā)明遵循機(jī)械密封的基本原理，將傳動(dòng)軸伸入密封腔體內(nèi)部，動(dòng)環(huán)安裝在軸一端，另一端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相聯(lián)。當(dāng)轉(zhuǎn)速要求達(dá)3000r/min或更高時(shí)，要求傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性能很好，動(dòng)環(huán)端面的震顫和跳動(dòng)要小，對(duì)傳動(dòng)軸的動(dòng)平衡要求很高。通常情況下，傳動(dòng)軸不宜采用懸臂軸，而用2個(gè)或2個(gè)以上的軸承支撐。對(duì)于普通轉(zhuǎn)速，軸承支撐能滿足要求，但轉(zhuǎn)速較高時(shí)，軸承發(fā)熱量大，失效很快，且安裝調(diào)試難度大，不經(jīng)濟(jì)。由于本裝置結(jié)構(gòu)的特殊性，采用懸臂軸是合理的。本發(fā)明的轉(zhuǎn)軸直徑為37mm，長(zhǎng)度為150mm，質(zhì)輕而強(qiáng)度高。其一端螺紋連接于高速電機(jī)的伸出軸孔，另一端設(shè)計(jì)為臺(tái)階形式，動(dòng)環(huán)亦設(shè)計(jì)成與之配合的臺(tái)階，它們之間裝有O形密封圈。動(dòng)環(huán)的安裝部位還與轉(zhuǎn)軸臺(tái)階尾部對(duì)稱(chēng)的圓弧凹槽配合，可保證動(dòng)環(huán)隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)動(dòng)環(huán)和靜環(huán)端面緊密貼合時(shí)，軸向的壓緊力不但壓緊了O形密封圈，保證動(dòng)環(huán)和轉(zhuǎn)軸的密封，而且對(duì)轉(zhuǎn)軸起到了支撐作用。O形密封圈的使用，允許動(dòng)環(huán)有不均勻的微量位移，從而保證動(dòng)環(huán)端面和靜環(huán)端面的緊密貼合。傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖6所示。
2端面比壓施加系統(tǒng)的設(shè)計(jì)端面比壓反應(yīng)了機(jī)械密封動(dòng)環(huán)和靜環(huán)端面之間的接觸壓力，通常由彈性元件提供。彈性元件可為彈簧、波紋管等，視使用場(chǎng)合的要求，彈性元件可安裝在動(dòng)環(huán)后側(cè)或靜環(huán)后側(cè)。本裝置將彈性元件安裝在靜環(huán)后側(cè)，一則為減小動(dòng)環(huán)的質(zhì)量，二則為彈性元件的安裝方便考慮。設(shè)計(jì)了一個(gè)靜環(huán)座，該靜環(huán)座左端可安裝靜環(huán)，右端安裝于軸套上(固定于壁面上)，中間則為彈性元件。靜環(huán)座可重復(fù)使用，可更換靜環(huán)而不更換靜環(huán)座。本發(fā)明中，靜環(huán)座彈性元件一為金屬波紋管，二為彈簧與非金屬波紋管(加工的聚四氟乙烯波紋管)的組合。金屬波紋管同時(shí)具有較好的彈性和強(qiáng)度，能反應(yīng)軸向壓力和摩擦扭矩的變化，亦能承受介質(zhì)的壓力，但不耐受腐蝕性介質(zhì)；非金屬波紋管耐腐蝕，但力學(xué)性能差，用彈簧作為加強(qiáng)元件，可提高其承受壓力和扭矩的能力。兩種靜環(huán)座可在不同介質(zhì)條件時(shí)選用。動(dòng)環(huán)和靜環(huán)端面貼合后，可認(rèn)為靜環(huán)在宏觀上不發(fā)生軸向位移，要改變端面比壓，即彈性元件的壓緊力，只有移動(dòng)靜環(huán)座的另一端，即軸套部位。軸套安裝于L形支座的垂直部位上，L形支座的水平部分安裝于單坐標(biāo)工作臺(tái)的臺(tái)面上。L形支座的設(shè)計(jì)中，軸套與L形支座的垂直部位的圓孔為精密配合，L形支座的水平底面與臺(tái)面亦為精密配合，此設(shè)計(jì)能滿足單坐標(biāo)導(dǎo)軌上臺(tái)面的位移方向與轉(zhuǎn)軸軸線的平行度要求。于是，對(duì)靜環(huán)座右端的位移要求轉(zhuǎn)化為對(duì)單坐標(biāo)工作臺(tái)的位移要求，這一要求由驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)的滾珠絲杠的伺服電機(jī)來(lái)滿足，對(duì)伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)方式的控制，也就實(shí)現(xiàn)了對(duì)端面比壓的控制。此設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖7所示。
3密封腔的設(shè)計(jì)要模擬機(jī)械密封的真實(shí)工況，需設(shè)計(jì)一個(gè)密閉腔體，其中充滿帶壓介質(zhì)，機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)處于其中。為滿足強(qiáng)度要求和安裝要求，密封由L形支座，密封腔體和端蓋組成，如圖8所示。密封腔體內(nèi)表面為圓筒，可減少因動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)而引起的漩渦、繞流等流動(dòng)。各連接處用O形圈作為密封元件。在密封腔體底部安裝4個(gè)小軸承并添加一個(gè)自由臺(tái)面可便于質(zhì)量較重的密封腔體的前后移動(dòng)。此外，傳感器安裝螺紋孔、介質(zhì)進(jìn)出口孔、壓力表孔、排空閥孔等均開(kāi)設(shè)在密封腔體上。介質(zhì)的進(jìn)口在動(dòng)環(huán)最上點(diǎn)的切線方向上，且動(dòng)環(huán)的旋轉(zhuǎn)方向與介質(zhì)流向一致，介質(zhì)的出口在密封環(huán)最下點(diǎn)的切線方向上，從而保證介質(zhì)順著動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)方向流動(dòng)。
4端面比壓和扭矩測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)從前述的端面比壓施加系統(tǒng)的原理可知，端面比壓的測(cè)量可通過(guò)測(cè)量彈性元件的變形量獲知。本發(fā)明設(shè)計(jì)的導(dǎo)向筒與軸套的內(nèi)圓表面為精密配合，導(dǎo)向筒可在軸套的內(nèi)圓表面自由軸向運(yùn)動(dòng)或周向運(yùn)動(dòng)。靜環(huán)座安裝靜環(huán)的一端與導(dǎo)向筒亦屬精密配合，從而限制彈性元件只發(fā)生軸向變形和周向變形。于是導(dǎo)向筒可反應(yīng)靜環(huán)的軸向和周向位移情況，且不產(chǎn)生誤差。這兩種位移又通過(guò)固定在導(dǎo)向筒一端的扇形齒片傳遞給傳感器。扇形齒片安裝在壓緊螺母和導(dǎo)向筒端蓋之間，安裝時(shí)保證和角位移傳感器上的小齒輪的傳動(dòng)良好。直線位移傳感器的頂尖以滿量程狀態(tài)抵住扇形齒片，并保證其軸向垂直于扇形面。設(shè)計(jì)靜環(huán)最大角位移不超過(guò)5度，而扇形齒片和小齒輪的傳動(dòng)比為1比4，在角位移量程之內(nèi)。設(shè)計(jì)靜環(huán)彈性元件最大壓縮量不超過(guò)5mm，也在傳感器量程之內(nèi)。圖9為本發(fā)明端面比壓和扭矩測(cè)量系統(tǒng)示意圖。
傳感器所測(cè)之直線位移和角位移是間接量，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化成為端面比壓和扭矩值。在試驗(yàn)前，對(duì)靜環(huán)座中的彈性元件進(jìn)行標(biāo)定。利用專(zhuān)用標(biāo)定儀器，在彈性范圍內(nèi)對(duì)靜環(huán)座加以遞增的軸向力F和周向扭矩M，獲得F與軸向位移Δz的關(guān)系及M與扭轉(zhuǎn)角Δγ的關(guān)系。用戶對(duì)F和M的要求根據(jù)這兩種關(guān)系轉(zhuǎn)化為對(duì)Δz的Δγ的要求。
5端面膜厚測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)機(jī)械密封動(dòng)環(huán)和靜環(huán)端面間的液膜厚度在幾個(gè)到十幾個(gè)微米之間。本發(fā)明采用電渦流傳感器測(cè)量動(dòng)環(huán)和靜環(huán)安裝部位的相對(duì)位移作為膜厚的變化量。電渦流傳感器的探頭置于動(dòng)環(huán)凸緣的正面，其軸線與動(dòng)環(huán)凸緣面垂直，如圖10所示。非運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，當(dāng)動(dòng)環(huán)和靜環(huán)端面緊密貼合時(shí)置電渦流傳感器為0。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于端面摩擦熱和外力的作用，端面要產(chǎn)生一定的軸對(duì)稱(chēng)的微觀軸向變形，可能形成的三種流道間隙(1)平行間隙，雖然動(dòng)環(huán)和靜環(huán)端面都要發(fā)生軸向變形，其間隙厚度沿徑向仍相等；(2)收斂間隙，間隙厚度沿半徑增大方向增大；(3)擴(kuò)散間隙，間隙厚度沿半徑增大方向減小。在轉(zhuǎn)速較低，生成的摩擦熱較小，外力也較小時(shí)，端面的軸向變形可忽略，因而測(cè)量值即為端面的膜厚。高速重載工況下，形成收斂間隙或擴(kuò)散間隙，最小間隙處的膜厚可忽略，此時(shí)測(cè)量值為間隙最小處兩端面的軸向變形之和，亦即最大膜厚。介于上述兩種情況之間時(shí)，電渦流傳感器的測(cè)量值為間隙最小處兩端面的軸向變形與該間隙厚度值之和，也是最大膜厚。電渦流傳感器測(cè)量的是探頭距金屬表面的距離變化，測(cè)量精度受動(dòng)環(huán)凸緣面與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線間垂直度的限制，因此，動(dòng)環(huán)凸緣面的平面度精度高達(dá)2μm與軸線的垂直度精度為5μm。
6測(cè)漏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)利用導(dǎo)向筒的內(nèi)表面將泄漏介質(zhì)引導(dǎo)收集至端蓋。端蓋是一個(gè)有內(nèi)螺紋孔的圓環(huán)，連接于導(dǎo)向筒的伸出端。端蓋內(nèi)表面環(huán)向開(kāi)槽，對(duì)泄漏介質(zhì)起匯聚作用，并在徑向開(kāi)螺紋通孔接引流管。引流管引導(dǎo)介質(zhì)沿量杯壁面緩緩流入量杯中，量杯置于稱(chēng)重傳感器上。轉(zhuǎn)速較高時(shí)，端面間介質(zhì)可能因?yàn)槟Σ翢岬淖饔冒l(fā)生氣化，氣體沿軸向流動(dòng)時(shí)，冷凝在導(dǎo)向筒內(nèi)壁或轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸上的冷凝液又被甩到導(dǎo)向筒內(nèi)壁上，因此，氣化的泄漏介質(zhì)損失較小，絕大部分被導(dǎo)出至量杯中。圖11為本發(fā)明泄漏測(cè)量系統(tǒng)示意圖。
7靜環(huán)溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)密封環(huán)溫度是重要的工況參數(shù)。動(dòng)環(huán)為旋轉(zhuǎn)元件，其上不宜安裝測(cè)溫元件，又不能破壞端面的完整性，因此在靜環(huán)的背面開(kāi)設(shè)直徑為2mm的盲孔，孔距端面2mm，將體積很小的薄膜鉑電阻溫度傳感器埋在孔中，空隙用銅粉填滿。沿密封環(huán)徑向均勻埋設(shè)3個(gè)溫度傳感器(3個(gè)傳感器在周向也間隔一定角度，以減少孔與孔間的相互干擾)，如圖12，可測(cè)得徑向不同位置的溫度值。所測(cè)溫度值受密封環(huán)材料的物理性質(zhì)的影響，能反應(yīng)密封端面溫度的變化情況。傳感器的引線很細(xì)，其直徑要比轉(zhuǎn)軸和導(dǎo)向筒之間的間隙距離小得多，用絕緣材料將其沿導(dǎo)向筒內(nèi)壁引出。
8介質(zhì)溫度及壓力的測(cè)量在密封腔壁上開(kāi)設(shè)螺紋通孔，安裝壓力傳感器和溫度傳感器，測(cè)量介質(zhì)壓力和溫度。轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)引起密封腔內(nèi)部的壓力和溫度不均勻，由于傳感器安裝在密封端面附近，且介質(zhì)流動(dòng)已經(jīng)充分發(fā)展，因此，所測(cè)壓力和溫度可代表介質(zhì)壓力和溫度的平均值。在密封腔上部安裝一個(gè)壓力表，表壓值可與壓力傳感器測(cè)量值作對(duì)比。
9介質(zhì)加壓及循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)試驗(yàn)介質(zhì)增壓保壓裝置主要由穩(wěn)壓罐、氮?dú)馄亢蜏p壓閥組成。利用氮?dú)馄恐械母邏旱獨(dú)鈱?duì)穩(wěn)壓罐中的液態(tài)介質(zhì)進(jìn)行加壓。減壓閥的出口壓力恒定，保證了試驗(yàn)系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定。循環(huán)泵使得介質(zhì)從穩(wěn)壓罐中流入密封腔中，再由出口管路流進(jìn)穩(wěn)壓罐中。穩(wěn)壓罐、進(jìn)口管路、密封腔、出口管路為閉合回路，盡管機(jī)械密封在試驗(yàn)時(shí)會(huì)有泄漏，但對(duì)穩(wěn)壓罐的體積而言是微小的，此過(guò)程中，密封腔內(nèi)介質(zhì)壓力可認(rèn)為保持不變。介質(zhì)循環(huán)的目的是為將密封腔內(nèi)介質(zhì)的攪拌熱和摩擦熱帶出，并由冷卻器進(jìn)行冷卻處理。介質(zhì)冷卻器串聯(lián)在出口管路中，介質(zhì)流經(jīng)出口管路時(shí)被冷卻器降溫。當(dāng)動(dòng)環(huán)和靜環(huán)端面比壓加載后密封腔內(nèi)沒(méi)有泄漏點(diǎn)，對(duì)穩(wěn)壓罐內(nèi)介質(zhì)加壓到預(yù)定值，開(kāi)動(dòng)循環(huán)泵后即可實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的帶壓循環(huán)。
10數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主控系統(tǒng)為PLC系統(tǒng)，為了更加方便的對(duì)模擬量進(jìn)行處理，并且保持處理數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一性和快速性，選用西門(mén)子的模擬量處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。試驗(yàn)中，由溫度傳感器、壓力傳感器、稱(chēng)重傳感器、直線位移傳感器、角度位移傳感器等所得測(cè)量值送入PLC系統(tǒng)進(jìn)行處理，并在上位機(jī)(PC機(jī))進(jìn)行分析、歸檔。各傳感器配置了相應(yīng)的變送器，保證信號(hào)傳輸準(zhǔn)確。
控制系統(tǒng)不僅能直接進(jìn)行位置控制，而且在參量跟蹤控制模式下亦通過(guò)位置控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)位置控制性能要求較高。因此，PLC控制系統(tǒng)中選用SIEMENS位置專(zhuān)用擴(kuò)展模塊FM354(單軸驅(qū)動(dòng)模塊)驅(qū)動(dòng)交流伺服電機(jī)進(jìn)行位移量控制。
單坐標(biāo)工作臺(tái)的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用西門(mén)子的SIMODRIVE BASE LINE驅(qū)動(dòng)模塊(包括電源模塊、控制模塊)和1FK7系列伺服電機(jī)，保證了與西門(mén)子PLC位置控制模塊FM354的最佳配置。高速電機(jī)的無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)采用安川變頻器。高速電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行強(qiáng)制水循環(huán)冷卻。由于系統(tǒng)中還有一些數(shù)字量的處理(如電主軸方向信號(hào)，伺服軸的極限開(kāi)關(guān)、零點(diǎn)信號(hào)等)，所以PLC系統(tǒng)選用SIEMENS的16IN/16OUT的數(shù)字量擴(kuò)展模塊。圖13為本發(fā)明控制系統(tǒng)硬件原理示意圖。
11參數(shù)跟蹤模式本發(fā)明“多參數(shù)可測(cè)控高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封性能試驗(yàn)裝置”的重要特征在于控制系統(tǒng)能根據(jù)用戶選擇的“跟蹤模式”跟蹤泄漏率、摩擦扭矩或端面膜厚，當(dāng)被跟蹤值偏離給定值一定范圍時(shí)，系統(tǒng)調(diào)整端面比壓或動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)速，使被跟蹤值趨向給定值。
試驗(yàn)裝置各元件安裝完畢后，用戶通過(guò)人機(jī)對(duì)話界面輸入給出位移，粗調(diào)L形支座位置，至動(dòng)環(huán)和靜環(huán)端面即將接觸為止。繼續(xù)微調(diào)L形支座位置，至端面剛接觸為止，此時(shí)直線位移傳感器尚未測(cè)得導(dǎo)向筒的位移量，將此位置定為位置0點(diǎn)。給出端面比壓值，系統(tǒng)將對(duì)照F與Δz的關(guān)系表，利用線性插值法計(jì)算出彈性元件的壓縮量Δz’，并指令伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)L形支座發(fā)生Δz’的位移，此時(shí)，端面比壓應(yīng)與給定相值等。將介質(zhì)充滿密封腔，并加壓。給出動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)速，啟動(dòng)高速電機(jī)，至穩(wěn)定狀態(tài)后，獲取泄漏率值q。給出泄漏率參照值q0，執(zhí)行“跟蹤”命令。系統(tǒng)比較q與q0，若q＞q0，說(shuō)明泄漏率值偏大，則壓縮彈性元件以增大端面比壓。反之，則減小彈性元件的壓縮量。雖然控制系統(tǒng)本身響應(yīng)較快，但泄漏介質(zhì)需經(jīng)過(guò)導(dǎo)向筒和引流管才流到量杯中，因此泄漏率對(duì)端面比壓改變的響應(yīng)較慢，需經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定后，再次比較q與q0值，并根據(jù)比較結(jié)果改變端面比壓。一般情況下，較難做到q與q0的絕對(duì)相等，因此給出允許的誤差范圍，當(dāng)q與q0之差在誤差范圍內(nèi)即不再調(diào)整端面比壓。泄漏率一般隨運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的增長(zhǎng)而增大，系統(tǒng)一旦獲知泄漏率q超過(guò)q0值時(shí)，即按照前述的方法調(diào)整端面比壓。給定工況下，調(diào)整端面比壓是控制泄漏率的唯一途徑，但在密封環(huán)達(dá)到一定使用時(shí)間后，增大端面比壓已無(wú)法控制其泄漏率，此時(shí)，系統(tǒng)判定密封失效。
與泄漏率跟蹤相比，摩擦扭矩跟蹤具有快速響應(yīng)的特征。摩擦扭矩跟蹤的原理與泄漏率跟蹤類(lèi)似，仍以改變端面比壓為手段來(lái)改變摩擦扭矩的大小，端面比壓越大，摩擦扭矩越大。摩擦扭矩的改變能在短時(shí)間內(nèi)被角位移傳感器獲得，并指令伺服電機(jī)作出改變位移的響應(yīng)，調(diào)整時(shí)間較短。
端面膜厚跟蹤可控制液膜的最大厚度。由于泄漏率與端面間的平均膜厚成正比，因此采用端面膜厚跟蹤也可控制泄漏率，雖然膜厚跟蹤比泄漏率跟蹤的響應(yīng)要快得多，但其對(duì)泄漏率控制的可靠度不及泄漏率跟蹤。端面膜厚的跟蹤策略是首先系統(tǒng)根據(jù)工況條件和摩擦扭矩判斷端面的摩擦狀況，若為液體摩擦，則當(dāng)所測(cè)膜厚大于參考值時(shí)，增大端面比壓，可減小膜厚。當(dāng)所測(cè)膜厚小于參考值時(shí)，則增大端面比壓，以減小膜厚。若非液體摩擦，則減小端面比壓可減少摩擦熱，從而減小端面變形，減小最大膜厚。
增大端面比壓，可減小泄漏率，但摩擦扭矩增大，會(huì)導(dǎo)致密封環(huán)提前失效。因此，控制泄漏率和延長(zhǎng)使用壽命兩者間存在矛盾。選擇本發(fā)明提供的泄漏率跟蹤模式，給定泄漏率，可監(jiān)測(cè)摩擦扭矩隨運(yùn)行時(shí)間的變化規(guī)律。若不采用泄漏率跟蹤，則為保證一定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間之后泄漏率不超標(biāo)，需在起始時(shí)刻加大端面比壓的余量，摩擦扭矩較大，其運(yùn)行壽命與泄漏率跟蹤模式下的運(yùn)行壽命相比要小。
若能保證端面處于液體摩擦狀態(tài)且泄漏率不超標(biāo)，選擇摩擦扭矩跟蹤模式，以當(dāng)前摩擦扭矩為跟蹤值，監(jiān)測(cè)泄漏率隨時(shí)間的變化規(guī)律。當(dāng)泄漏率增大到極限值時(shí)，再改用泄漏率跟蹤模式，直至密封失效，此法也可延長(zhǎng)機(jī)械密封的運(yùn)行壽命。
本發(fā)明的參數(shù)跟蹤模式實(shí)現(xiàn)了機(jī)械密封可控性運(yùn)行，同時(shí)兼顧控制泄漏率和延長(zhǎng)使用壽命，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。
上述實(shí)施例不以任何方式限定本發(fā)明，凡采取等同替換或等效替換的形式所形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.多參數(shù)可測(cè)控的高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封試驗(yàn)裝置包括(1)密封系統(tǒng)；(2)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；(3)端面比壓加載及伺服反饋系統(tǒng)；(4)端面摩擦扭矩和端面比壓測(cè)量系統(tǒng)；(5)膜厚測(cè)量系統(tǒng)；(6)泄漏測(cè)量系統(tǒng)；(7)靜環(huán)溫度測(cè)量系統(tǒng)；(8)介質(zhì)溫度及壓力測(cè)量系統(tǒng)；(9)試驗(yàn)介質(zhì)加壓及循環(huán)系統(tǒng)；(10)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)；密封系統(tǒng)的密封腔置于端面比壓加載及伺服反饋系統(tǒng)的單坐標(biāo)導(dǎo)軌平臺(tái)上；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中電機(jī)動(dòng)力輸入軸與密封腔中被測(cè)機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)座相連接，動(dòng)環(huán)座連接動(dòng)環(huán)；動(dòng)環(huán)與靜環(huán)相連，端面摩擦扭矩和端面比壓測(cè)量系統(tǒng)中導(dǎo)向筒與數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)中的傳感器相連接；膜厚測(cè)量系統(tǒng)中的膜厚測(cè)量傳感器置于密封系統(tǒng)的靜環(huán)托環(huán)上，并與數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)相連接；密封系統(tǒng)中動(dòng)、靜環(huán)之間的導(dǎo)向筒與泄漏測(cè)量系統(tǒng)的導(dǎo)流管相連接，導(dǎo)流管與稱(chēng)重傳感器中的量杯相連接，稱(chēng)重傳感器與數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)相連接；靜環(huán)溫度測(cè)量系統(tǒng)中溫度傳感器埋于密封系統(tǒng)的靜環(huán)中，并與數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)相連接；介質(zhì)溫度及壓力測(cè)量系統(tǒng)中的傳感器置于密封系統(tǒng)的密封腔體上，并與數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)相連接；試驗(yàn)介質(zhì)加壓及循環(huán)系統(tǒng)與密封系統(tǒng)的密封腔構(gòu)成一閉循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多參數(shù)可測(cè)控的高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封試驗(yàn)裝置，其特征在于其中所述的密封系統(tǒng)是由密封腔、機(jī)械密封件和動(dòng)力輸入軸，所述的機(jī)械密封件和密封腔之間充滿被密封介質(zhì)，被測(cè)機(jī)械密封件處于動(dòng)力輸入軸和密封腔體之間；機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)及動(dòng)環(huán)座連接在動(dòng)力輸入軸的軸端，軸端加工有臺(tái)階和對(duì)稱(chēng)的圓弧形凹槽，與動(dòng)環(huán)座上凸緣相連；動(dòng)環(huán)和動(dòng)環(huán)座采用卡槽連接，動(dòng)環(huán)和動(dòng)力輸入軸之間采用O形圈密封；靜環(huán)端面與動(dòng)環(huán)端面接觸，靜環(huán)和靜環(huán)托環(huán)采用過(guò)盈鑲嵌結(jié)構(gòu)配合，靜環(huán)托環(huán)背面焊接有波紋管，波紋管另一端焊接有靜環(huán)座，靜環(huán)座通過(guò)與密封腔相連的壓蓋來(lái)調(diào)節(jié)軸向位置，動(dòng)環(huán)座與壓蓋之間采用O形圈密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多參數(shù)可測(cè)控的高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封試驗(yàn)裝置，其特征在于其中所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由高速電機(jī)和油霧潤(rùn)滑系統(tǒng)、變頻調(diào)速器、動(dòng)力輸入軸組成；所述的高速電機(jī)還包括水冷卻系統(tǒng)和油霧潤(rùn)滑系統(tǒng)；水冷卻系統(tǒng)由進(jìn)口、出口管路，水泵和進(jìn)出口閥組成；油霧潤(rùn)滑系統(tǒng)由高壓氣源、減壓閥、油過(guò)濾器、油霧化器、冷凝器和油分離器組成；高速電機(jī)的轉(zhuǎn)速由變頻調(diào)速器調(diào)節(jié)與控制；動(dòng)力輸入軸一端與高速電機(jī)通過(guò)螺紋聯(lián)接，另一端安裝機(jī)械密封動(dòng)環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多參數(shù)可測(cè)控的高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封試驗(yàn)裝置，其特征在于其中所述的端面比壓加載及伺服反饋系統(tǒng)，所述的端面比壓加載及伺服反饋系統(tǒng)包括伺服電機(jī)、精密單坐標(biāo)工作臺(tái)、L形支座、及其支承的密封系統(tǒng)；伺服電機(jī)與單坐標(biāo)工作臺(tái)采用滾珠絲杠連接，L形支座的水平部分固定于單坐標(biāo)工作臺(tái)的臺(tái)面上；L形支座的鉛直邊上開(kāi)設(shè)中心圓通孔，靜環(huán)座壓蓋安裝在圓孔中，靜環(huán)座壓蓋與L形支座鉛直邊上的中心圓通孔之間用O型密封圈密封；靜環(huán)座和靜環(huán)座壓蓋采用螺紋連接，O型圈密封；靜環(huán)座和靜環(huán)由彈性元件連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多參數(shù)可測(cè)控的高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封試驗(yàn)裝置，其特征在于其中所述的扭矩和端面比壓測(cè)量系統(tǒng)包括靜環(huán)座、導(dǎo)向筒、位移傳動(dòng)扇形齒片、角位移傳感器及小齒輪、直線位移傳感器；導(dǎo)向筒一端與靜環(huán)托環(huán)內(nèi)孔螺紋緊密連接，另一端活套在靜環(huán)座壓蓋內(nèi)孔中并伸至密封腔外部；所述的位移傳動(dòng)扇形齒片固定在導(dǎo)向筒的伸出端，用以反映靜環(huán)的角位移和軸向位移；扇形齒片通過(guò)小齒輪將導(dǎo)向筒傳遞過(guò)來(lái)的靜環(huán)角位移傳遞給角位移傳感器；扇形齒片為窄齒，小齒輪為寬齒，其寬度大于等于靜環(huán)座彈性元件的允許壓縮量；靜環(huán)在軸向方向上的位移通過(guò)導(dǎo)向筒伸出密封腔的長(zhǎng)度變化，引起扇形齒片軸向移動(dòng)，由直線位移傳感器感知送入直線位移傳感器；扇形齒片與小齒輪配合時(shí)可在軸向自由滑動(dòng)，即小齒輪不影響扇形齒片的軸向位移；扇形齒片上與直線位移傳感器的自由伸縮的接觸部位粗糙度小，頂尖可在圓周上自由滑動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多參數(shù)可測(cè)控的高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封試驗(yàn)裝置，其特征在于其中所述的膜厚測(cè)量系統(tǒng)包括電渦流傳感器、動(dòng)環(huán)、靜環(huán)和靜環(huán)托環(huán)；電渦流傳感器安裝在靜環(huán)托環(huán)的外邊沿，動(dòng)環(huán)采用寬邊設(shè)計(jì)，電渦流傳感器的感應(yīng)端正對(duì)動(dòng)環(huán)的凸緣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多參數(shù)可測(cè)控的高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封試驗(yàn)裝置，其特征在于其中所述的測(cè)漏系統(tǒng)由導(dǎo)向筒、導(dǎo)向筒端蓋、引流管、量杯和稱(chēng)重傳感器組成；導(dǎo)向筒一端與靜環(huán)托環(huán)采用螺紋連接，導(dǎo)向筒伸出端旋有一個(gè)一端內(nèi)徑略小于導(dǎo)向筒內(nèi)徑的端蓋，導(dǎo)向筒端蓋的端部開(kāi)有一圓孔，連接輕質(zhì)引流管，引流管一端置于量杯上方，量杯放置在稱(chēng)重傳感器上；泄漏介質(zhì)從動(dòng)環(huán)和靜環(huán)端面間流出，經(jīng)光滑的導(dǎo)向筒內(nèi)壁流向?qū)蛲捕松w，介質(zhì)在導(dǎo)向筒端蓋處匯聚，沿引流管流入量杯。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多參數(shù)可測(cè)控的高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封試驗(yàn)裝置，其特征在于其中所述的端面溫度測(cè)量系統(tǒng)由薄膜鉑電阻測(cè)溫元件和靜環(huán)組成；靜環(huán)周向均布3個(gè)φ3的盲孔，盲孔底面距離動(dòng)、靜環(huán)摩擦面2～3mm，采用絕緣膠將鉑電阻埋入盲孔中，鉑電阻信號(hào)線沿導(dǎo)向筒內(nèi)壁引出。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多參數(shù)可測(cè)控的高速機(jī)械密封試驗(yàn)裝置，其特征在于其中所述的介質(zhì)溫度及壓力測(cè)量系統(tǒng)由壓力傳感器、溫度傳感器和壓力表組成。壓力傳感器和溫度傳感器均安裝在密封腔體上，測(cè)壓元件和測(cè)溫元件與介質(zhì)接觸，測(cè)量信號(hào)送測(cè)量傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多參數(shù)可測(cè)控的高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封試驗(yàn)裝置，其特征在于其中所述的試驗(yàn)介質(zhì)加壓及循環(huán)系統(tǒng)包括介質(zhì)進(jìn)口管路、出口管路、進(jìn)口閥門(mén)、出口閥門(mén)、排空閥、穩(wěn)壓罐、氮?dú)馄俊p壓閥、循環(huán)泵、冷卻器；循環(huán)泵將穩(wěn)壓罐中的介質(zhì)抽出，經(jīng)過(guò)濾器、進(jìn)口閥送入密封腔；密封腔中的介質(zhì)經(jīng)出口閥門(mén)，流入冷卻器，冷卻后流入穩(wěn)壓罐，再?gòu)姆€(wěn)壓罐中被循環(huán)泵抽出；排空閥安裝在密封腔體的最高處。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多參數(shù)可測(cè)控的高轉(zhuǎn)速機(jī)械密封試驗(yàn)裝置，其特征在于其中所述的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)包括PLC控制系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、工控機(jī)和電氣柜；傳感器將采集到的信號(hào)送入PLC控制系統(tǒng)中的模擬輸入模塊，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入PLC控制系統(tǒng)的CPU，再由PLC控制系統(tǒng)的CPU送入工控機(jī)顯示；通過(guò)工控機(jī)可以下達(dá)工作指令給PLC控制系統(tǒng)的CPU，經(jīng)由定位模塊激活伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作，調(diào)節(jié)機(jī)械密封端面比壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及機(jī)械密封可控性試驗(yàn)裝置，采用新結(jié)構(gòu)和高精度傳感器測(cè)量機(jī)械密封性能參數(shù)。屬于機(jī)械設(shè)計(jì)與過(guò)程自動(dòng)化控制領(lǐng)域。它包括密封系統(tǒng)；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；端面比壓加載及伺服反饋系統(tǒng)；端面摩擦扭矩和端面比壓測(cè)量系統(tǒng)；膜厚測(cè)量系統(tǒng)；泄漏測(cè)量系統(tǒng)；靜環(huán)溫度測(cè)量系統(tǒng)；介質(zhì)溫度及壓力測(cè)量系統(tǒng)；試驗(yàn)介質(zhì)加壓及循環(huán)系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。本發(fā)明應(yīng)用范圍廣，通過(guò)更換動(dòng)力輸入軸，可對(duì)不同直徑普通泵用平行端面和流體動(dòng)壓式等類(lèi)型機(jī)械密封，在水、油等不易揮發(fā)介質(zhì)，高、中、低不同轉(zhuǎn)速條件下進(jìn)行試驗(yàn)研究。
文檔編號(hào)G01D21/02GK1825083SQ20061003908
公開(kāi)日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2006年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月27日
發(fā)明者孫見(jiàn)君, 魏龍, 劉其和, 周劍鋒 申請(qǐng)人:南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院